[发明专利]一种晶相和非晶相共存的聚阴离子型材料的制备方法及其应用

说明书

本发明属于碱金属电池领域，特别涉及一种晶相和非晶相共存的聚阴离子型材料的制备方法及其应用，一种聚阴离子型材料的制备方法，将含有碱金属源、过渡金属源、阴离子源的原料混合，经煅烧得到熔融态的前驱体；将所述熔融态的前驱体经淬冷，得到非晶相的颗粒物；将非晶相的颗粒物与碳源混合，经球磨，得混合料；将所述混合料在非活性气氛中焙烧，得到所述的聚阴离子型材料。该方法制备的电池电极材料具有丰富的晶面边界，离子扩散速率高，具有优异的倍率性能和高低温性能。

技术领域

本发明属于碱金属电池领域，特别涉及一种晶相和非晶相共存的聚阴离子型材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命好等优势，不论是消费类锂离子电池，动力电池，还是大规模储能电池目前已经实现规模生产和应用，目前，由于需求的日益增长，锂离子电池暴露出了锂、钴、镍等资源稀缺，原材料价格日益攀升等问题。钠离子电池与锂离子电池有着相似的工作原理，但钠资源丰富，且成本低廉，作为锂离子电池的有益补充，在低速电动车和大规模储能领域有广阔的应用前景。聚阴离子型锂、钠电极材料作为锂、钠离子电池电极活性材料的一种，具有原料资源丰富、不含稀贵金属、成本低廉、晶体结构稳定，聚阴离子化合物中的“诱导效应”使得聚阴离子电极材料具有较高的工作电压。因此，开发高性能的聚阴离子型锂、钠离子电池电极材料，丰富储能电池电极材料种类，对储能电池的发展和应用具有十分重要的意义。

具有NASCION结构的聚阴离子型材料内部拥有锂离子迁移的快速通道，具有高稳定性，长循环寿命，倍率性能优异，电压平台高等优势。但在聚阴离子材料本征电子电导率低，在高电压范围内应用，材料晶体结构变化会缩短电池的循环寿命，本发明提出通过“高温熔融-二次焙烧析晶”得到晶相和非晶相(玻璃相)共存的聚阴离子型材料的制备方法，制备得到的电极材料具有丰富的晶界，应用于锂离子电池和钠离子电池具有优异的倍率性能和低温性能。

发明内容

本发明是为了提高聚阴离子型电极材料的性能，提出了一种晶相和非晶相共存的聚阴离子型材料的制备方法。通过“高温熔融-淬冷-球磨-二次焙烧-快速冷却”工艺制备了一种晶相和非晶相(玻璃相)共存的聚阴离子型电极材料，该材料一次颗粒由有序排列的晶体结构和无序排列的非晶体结构，以及包覆在材料颗粒表面的碳层组成。该方法制备的聚阴离子型材料具有丰富的晶面边界，离子扩散速率高，具有优异的倍率性能和高低温性能。

本发明一方面提供一种聚阴离子型材料的制备方法：

步骤(1)，将含有碱金属源、过渡金属源、阴离子源的原料混合(按目标聚阴离子型材料的元素摩尔比例称取原料)，经煅烧得到熔融态的前驱体；

步骤(2)，将所述熔融态的前驱体经淬冷，得到非晶相的颗粒物；

步骤(3)，将非晶相的颗粒物与碳源混合，经球磨，得混合料；

步骤(4)，将所述混合料在非活性气氛中焙烧，得到所述的聚阴离子型材料。

可选地，所述的聚阴离子型材料由(X_mO_3m+1)^n-阴离子单元、多面体单元的MO_s和阳离子单元组成。

可选地，所述阳离子单元为碱金属离子。

可选地，所述(X_mO_3m+1)^n-阴离子单元中，X选自S、P、Si、As、Mo中的任一种；m＝1或2；n＝3或4。

可选地，所述多面体单元的MO_s中，M选自过渡金属元素中的至少一种；所述过渡金属选自V、Mn、Fe、Ti、Cr；s＝4～8中的整数。